JPH093662A - アルミニウム−セラミックス複合基板のエッチング処理方法およびエッチング液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム−セラミックス複合基板のアル
ミニウム金属板上にエッチング処理によって形成される
電子回路の端部に凹凸が生じたりせず、かつ複合基板の
優れた耐ヒートサイクル性を損なうことのない電子回路
形成のためのエッチング方法の提供。 【構成】 セラミックス基板をアルミニウム溶湯中を通
過させて表面にアルミニウムを直接接合したアルミニウ
ム−セラミックス複合基板の金属面に所望の電子回路を
形成する際、無水物換算で塩化第二鉄３０〜４０％、塩
酸５〜１５％、残部水からなるエッチング液で処理する
ことにより、アルミナ基板７上に、電子回路としてのア
ルミニウム回路８を端面にスカートの発生や過溶解のな
い状態で形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム−セラミ
ックス複合基板に電子回路を形成するためのエッチング
処理方法、より詳しくは適切なエッチング液により複合
基板の金属面に所望の電子回路を形成するためのエッチ
ング処理方法およびそのためのエッチング液に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスの化学安定性、高融点、絶
縁性、高硬度などの特性と、金属の高強度、高靭性、易
加工性、導電性などの特性を生かした金属−セラミック
ス複合部材は、自動車、電子装置などに広く使用されて
いる。その代表的な例として自動車ターボチャージャー
用のローター、大電力電子素子実装用の基板およびパッ
ケージが挙げられる。

【０００３】上記金属セラミックス複合部材の製造方法
には接着、めっき、メタライズ、溶射、ろう接、ＤＢＣ
（ダイレクトボンドカッパー）などの方法が知られてい
る。接着法は有機系または無機系接着剤で金属部材とセ
ラミックス部材とを接着する方法であり、めっき法には
溶融金属中に浸漬する溶融めっきもあるが、一般には電
気めっきあるいは無電解めっき法が用いられる。

【０００４】メタライズ法は金属粉末を含むペーストを
セラミックス部材の表面に塗布した後焼結し、金属層を
形成する方法であり、溶射法はサーモスプレーガンを利
用し、燃焼ガスを酸素で燃焼した焔で金属粉末を溶融し
セラミックス部材に吹きつけて皮膜を形成する。

【０００５】さらに銅とセラミックスの接合方法として
は、直接接合法であるＤＢＣ法とろう接法が主流となっ
ている。前者は酸化物セラミックスと銅との接合のため
に開発された技術で、酸素を含有する銅板を使って、不
活性雰囲気中で加熱することにより銅とセラミックスを
接合するものであり、一方後者は銅とセラミックスの間
に活性金属のろう材を介在させて接合する方法であり、
この場合ろう材としては一般にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう
材が使用されている。

【０００６】上記の方法によって接合された銅板上に回
路を形成する手段には、普通、所望の回路パターンを設
けたレジスト膜を銅板面に塗布した後、塩化第二鉄を主
成分とするエッチング液で処理して回路を形成する方法
が採られている。

【０００７】しかしながら上記ＤＢＣ法では、接合でき
る金属が銅に限られ、かつ接合温度がＣｕ−Ｏの共晶点
近くの１０６５〜１０８３℃という狭い範囲に限られる
ため、膨れ、未接のような接合欠陥が発生しやすいとの
問題点があり、一方、ろう接法の場合は、高価なろう材
を使用し、かつ接合を真空中で行わなければならないた
めコストが非常に高く、応用範囲が限られている。また
ろう材には、一般に接合する金属と他の金属さらには非
金属を添加した共晶合金が使用され、それ自体は一般に
接合する金属より硬いので、直接接合体に比べてろう接
体の耐ヒートサイクル寿命が短いなどの問題点がある。

【０００８】近年、自動車ターボチャージャー用のロー
ターや、大電力電子素子実装用の基板およびパッケージ
の用途が拡大することによって耐ヒートサイクル性の高
い基板の開発が望まれていたが、上記銅−セラミックス
複合基板では限度があった。

【０００９】本発明者らは、上記耐ヒートサイクル性の
優れた金属−セラミックス複合基板として、特願平４−
３５５２１１号「セラミックス電子回路基板の製造方
法」や、特願平６−９６９４１号「金属−セラミックス
複合部材の製造方法」において、溶融アルミニウムをセ
ラミックス基板上に直接凝固させて、アルミニウム金属
板を直接接合した複合基板を開示した。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにアルミニ
ウム−セラミックス複合基板は、従来の銅−セラミック
ス複合基板に比べて耐ヒートサイクル性に優れるもので
あるが、アルミニウム板上に電子回路を形成する際のエ
ッチング処理によっては、図３（ａ）の斜視図に示すよ
うに、電子回路面端部の直線性を悪化させ凹凸が生じる
ことがあった。

【００１１】従って本発明の目的は、アルミニウム−セ
ラミックス複合基板のアルミニウム金属板上にエッチン
グ処理によって形成される電子回路の端部に凹凸が生じ
たりせず、回路の直線性が良好で、かつ複合基板の優れ
た耐ヒートサイクル性を損なうことのない電子回路形成
のためのエッチング処理方法およびエッチング液を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成すべく研究の結果、セラミックス基板を、アルミニ
ウム溶湯中を通過させて、セラミックス基板上に直接ア
ルミニウム板を接合してアルミニウム−セラミックス複
合基板を形成し、このアルミニウム板上に所定回路をレ
ジスト膜で印刷、露光してからエッチング処理を行う
際、塩化第二鉄と塩酸を主成分とする特定範囲の組成液
をもってエッチング液とすれば、アルミニウム−セラミ
ックス複合基板の優れた耐ヒートサイクル性を損なうこ
となく、該複合基板の金属面に電子回路を形成できるこ
とを見い出し本発明に到達した。

【００１３】すなわち本発明は、セラミックス基板の少
なくとも一主面に電気導通および電子部品搭載のための
アルミニウム板を接合してなるアルミニウム−セラミッ
クス複合基板に電子回路を形成する方法において、セラ
ミックス基板をアルミニウム溶湯中を移動せしめて該セ
ラミックス基板表面にアルミニウムを凝固させてセラミ
ックス基板とアルミニウムを直接接合し、次に得られた
複合基板の金属面に所定回路または放熱板の形状を印刷
したレジスト膜を塗布した後、露光処理を施し、次いで
塩化第二鉄、塩酸および水からなるエッチング液、好ま
しくは無水物に換算して塩化第二鉄３０〜４０重量％、
塩酸５〜１５重量％、残部水からなる混合液を吹きつけ
ることにより所定形状の電子回路を該金属面に形成する
ことを特徴とするアルミニウム−セラミックス複合基板
のエッチング処理方法およびそのエッチング液を提供す
るものである。

【００１４】

【作用】本発明の方法は図２に示す接合炉を用い、アル
ミニウムを加熱してアルミニウム溶湯にした後、入口側
鋳型（ダイス）からセラミックス基板を連続的に供給し
て、その表裏にアルミニウムを直接接合する接合工程、
該アルミニウム板の表面を研磨して均一にする研磨工
程、研磨されたアルミニウム板表面に所望の電子回路形
状を印刷したレジスト膜を塗布するとともに露光処理す
る露光工程およびレジスト膜の上からエッチング処理し
て所望の回路を得るエッチング工程からなり、セラミッ
クス基板には、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪
素、ジルコニア等の酸化物、窒化物および炭化物系のセ
ラミックスが用いられる。

【００１５】この場合、エッチング液には、無水物に換
算して塩化第二鉄３０〜４０重量％、塩酸５〜１５重量
％、残部水からなる混合液を用いるので、得られる電子
回路形状がその端面が基板に垂直であり、エッチングに
よる侵食が良好である。

【００１６】

【実施例１〜６】表１に示すように、塩化第二鉄３０〜
４０重量％、塩酸５〜１５重量％、残部が水からなる６
種類のエッチング液を用意した。

【００１７】アルミニウム板（縦４０mm×横３０mm×厚
さ０．５mm）に所定の電子回路を印刷したレジスト膜を
塗布するとともに露光処理を施した後、上記のエッチン
グ液でエッチング処理したところ、いずれも電子回路の
形状がその端面において直線性があり凹凸がなく、ほぼ
アルミニウム板に対して垂直に侵食されていた。

【００１８】

【比較例１〜４】表１に示すように、塩化第二鉄３０〜
４０重量％、塩酸５〜１５重量％のいずれかがこの組成
範囲を逸脱し、残部水からなる組成の混合液をエッチン
グ液として、実施例と同様にエッチング処理したとこ
ろ、電子回路の端面に、図３（ａ）の斜視図に見られる
ように、スカート９が発生したり直線性を悪化させる凹
凸が生じた。

【００１９】

【表１】

【００２０】すなわち表１の結果からアルミニウム板を
エッチング処理するのにスカートや凹凸がなく直線性が
得られるのは、無水物に換算して塩化第二鉄３０〜４０
％、塩酸５〜１５％、残部水からなる組成のエッチング
液が好ましいことが確認された。

【００２１】なお、図３（ｂ）はスカートや凹凸が発生
せず、電子回路の端面が良好である場合の斜視図であ
る。

【００２２】表１において、スカート発生の状態欄の標
示で◎印はスカートが全く発生せず、端面がアルミニウ
ム板に対し垂直であるもの、〇印はほとんどスカートが
見られないもの、×印はスカートが発生したものを、ま
た直線性の状態欄で◎印は端面に凹凸がなく直線的なも
の、〇印は凹凸が少なく直線と見なし得るもの、×印は
凹凸が生じていて直線性が悪化しているものを示してい
る。

【００２３】

【実施例７】図２は本実施例で用いられたアルミニウム
−セラミックス複合基板の製造装置の模式断面図、図１
は本実施例で得られた電子回路が形成されたアルミニウ
ム−セラミックス複合基板の正面図であって、これらの
図を参照して以下説明する。

【００２４】純度９９．９％のアルミニウムをるつぼ３
にセットした後、ヒーター４で６６０℃以上に加熱し、
アルミニウムを溶融してアルミニウム溶湯１としてか
ら、るつぼ３内に設けたガイド一体型ダイス６Ａの矢印
で示す左側入口からセラミックス基板２として寸法が３
６mm×５２mm×０．６３５mmのアルミナ基板を順番に挿
入した。

【００２５】次いで、出口側のガイド一体型ダイス６Ｂ
においてアルミニウムを凝固させることによって厚さ
０．５mmのアルミニウム板５が両面に直接接合したアル
ミニウム−アルミナ複合基板を得た。

【００２６】次いで該複合基板のアルミニウム板状にエ
ッチングレジストを加熱圧着し、遮光、現像処理を行っ
て所望のパターンを形成し、実施例４で得られたエッチ
ング液（４０ボーメ（Ｂｅ）、ＦｅＣｌ₃ ３５％、−Ｈ
Ｃｌ１０％−水）にて３５℃、１２分間エッチング処理
を行った。

【００２７】この結果、図１に示されているように、ス
カートの発生や過溶解がなく、アルミナ基板７上に電子
回路としてアルミニウム回路８が形成された複合基板を
得ることができた。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、アルミニウム−セラミックス複合基板の金属面を
エッチング処理する際、塩化第二鉄と塩酸を主成分とす
る特定範囲の組成液をエッチング液として用いることに
より、形成される電子回路の端面にスカートの発生や過
溶解がなく、その端面が基板面に垂直で直線性も良好で
ある回路が形成できるので、耐ヒートサイクル性に優れ
たアルミニウム−セラミックス複合基板を安価に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例７で得られた電子回路が形成されたアル
ミニウム−セラミックス複合基板の正面図である。

【図２】実施例で用いられたアルミニウム−セラミック
ス複合基板の製造装置の模式断面図である。

【図３】同図（ａ）はエッチング処理でアルミニウム板
状に形成されたアルミニウム回路端に発生したスカート
を示す斜視図、同図（ｂ）はエッチング処理でスカート
が発生せず、直線性が良好なアルミニウム回路の斜視図
である。

【符号の説明】

１ アルミニウム溶湯 ２ セラミックス基板 ３ るつぼ ４ ヒーター ５ アルミニウム板 ６Ａ ガイド一体型ダイス（入口側） ６Ｂ ガイド一体型ダイス（出口側） ７ アルミナ基板 ８ アルミニウム回路 ９ スカート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 俊征 東京都千代田区丸の内１丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 永田 長寿 東京都千代田区丸の内１丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス基板の少なくとも一主面に
   電気導通および電子部品搭載のためのアルミニウム板を
   接合してなるアルミニウム−セラミックス複合基板に電
   子回路を形成する方法において、セラミックス基板をア
   ルミニウム溶湯中を移動させ、その表面にアルミニウム
   を凝固させて直接接合し、次に得られた複合基板の金属
   面に所定電子回路または放熱板の形状を印刷したレジス
   ト膜を塗布した後、露光処理を施し、次いで塩化第二
   鉄、塩酸および水からなるエッチング液を吹きつけるこ
   とによって所望の形状の電子回路または放熱板を該金属
   面に形成することを特徴とするアルミニウム−セラミッ
   クス複合基板のエッチング処理方法。
2. 【請求項２】 無水物に換算して、塩化第二鉄３０〜４
   ０重量％、塩酸５〜１５重量％、残部水から構成される
   混合液であることを特徴とするアルミニウム−セラミッ
   クス複合基板用エッチング液。